Projet de recherche SU/02 (Action de recherche SU)
Le projet est coordonné par le Prof. R. DELTOUR.
1. Objectifs:
Le projet a pour but de réaliser des éléments massifs, des monocristaux, des films minces et épais de matériaux supraconducteurs à haute température critique, présentant des propriétés intéressantes en vue d'applications techniquement et économiquement réalisables. Il résulte d'une collaboration entre sept laboratoires spécialisés dans la physique de l'état solide, la chimie des céramiques, le génie des matériaux et l'électronique, disposant d'une grande expérience dans le domaine de la supraconductivité, de la science des surfaces, des matériaux céramiques et de l'instrumentation électronique.
Les partenaires prévoient d'étudier systématiquement l'influence des défauts intrinsèques et extrinsèques sur les propriétés supraconductrices. Ces défauts sont induits par les différents constituants chimiques, les impuretés (dopants) magnétiques et non magnétiques, les procédés de fabrication et la microstructure. Leur contrôle peut jouer un rôle essentiel dans la réalisation de matériaux supraconducteurs présentant des valeurs élevées de la densité de courant critique et susceptibles d'applications pratiques. Ces applications seront considérées sur base de leurs potentialités et des
ressources humaines et techniques des unités de recherche participantes.
Au cours de la première phase du projet (les deux premières années), les effets de la composition, du dopage et des techniques de fabrication seront étudiés et caractérisés in situ, essentiellement dans les systèmes YBaCuO et BiCaSrCuO, par des méthodes d'analyse microscopique détaillées. D'autres composés pourront être pris en compte en fonction des progrès réalisés tant au plan international qu'au sein du groupe.
Pour les films, les interactions avec les substrats et avec des couches tampon intermédiaires seront étudiées par différentes techniques d'analyse d'interfaces et corrélées avec les propriétés supraconductrices ainsi que macroscopiques, d'équilibre et de transport.
Les traitements de surface des films par irradiation laser dans diverses atmosphères et/ou dépôt de couches de recouvrement ainsi que l'interaction entre les films et des électrodes de contact extérieures de faible résistance électrique feront également l'objet de recherches approfondies dans la perspective de développements technologiques ultérieurs.
En plus de leur caractère appliqué, ces travaux sur le rôle des impuretés revêtent un intérêt fondamental pour la compréhension du mécanisme responsable de la supraconductivité à haute température.
A la fin de la première phase du projet, une évaluation globale des travaux réalisés et des résultats obtenus par chacune des unités de recherche sera entreprise par l'ensemble des associés, à la lumière des résultats publiés dans la littérature internationale. Compte tenu des réorientations éventuelles qui pourraient être décidées à ce moment, les études décrites ci-dessus seront poursuivies pendant la seconde phase du projet et, en parallèle et sur base des résultats obtenus, certaines applications spécifiques seront développées dans le domaine de la microélectronique, des télécommunications et/ou de l'électrotechnique.
2. Programme coordonné de recherche
A. Synthèse et caractérisation de poudres (principalement YBaCuO et
BiCaSrCuO) et de substrats polycristallins :
1. réactions à l'état solide à haute température ;
2. voies chimiques humides (techniques sol-gel) et coprécipitation ;
3. atomisation des suspensions (spray-drying) ou des solutions (aérosols);
4. étude du traitement thermique des poudres ou des précurseurs de ces
poudres;
5. caractérisations physiques et chimiques des poudres de supraconducteurs:
. morphologie ;
. distribution des dimensions de particules ;
. analyses chimiques.
B. Etude des processus de frittage :
1. pastilles pressées à froid, films minces et épais ;
2. pressage uniaxial et/ou isostatique à chaud dans différentes atmosphères.
(Fourniture des cibles pour la ligne de recherche E)
C. Fabrication de couches épaisses: sérigraphie.
D. Préparation de monocristaux par des techniques de flux.
E. Fabrication de couches minces :
1. pulvérisation magnétron multicible en atmosphère oxydante ;
2. ablation laser.
F. Traitement des couches :
1. recuit laser dans différentes atmosphères ;
2. dépôt éventuel de couches de recouvrement.
G. Caractérisation physico-chimique (microstructure, défauts, stoechiométrie)
des couches et matériaux massifs frittés:
1. microsonde électronique à balayage ;
2. microanalyse des RX par énergie dispersive ;
3. thermogravimétrie et thermogravimétrie différentielle;
4. spectroscopies Auger et de photoémission ;
5. diffraction d'électrons lents ;
6. diffraction de RX ;
7. techniques d'analyse chimique ;
8. spectroscopie micro-Raman ;
9. spectroscopie IR à transformée de Fourier.
H. Caractérisation et étude des propriétés électriques et magnétiques des
films, monocristaux et matériaux massifs (mesures des dépendances en
fonction de la température et du champ magnétique) :
1. mesures dc, ac (basses et moyennes fréquences) ;
2. susceptométrie en faible champ magnétique et mesures de magnétisation en
champ élevé ;
3. mesures de courants critiques ;
4. microscopie tunnel à balayage à température ordinaire et à basse
température ;
5. mesures électriques (haute fréquence).
I. Caractérisation et étude des propriétés thermiques et thermoélectriques
des films, monocristaux et matériaux massifs:
1. propriétés d'équilibre ;
2. chaleur spécifique ;
3. propriétés de transport, conductibilité thermique, effets
thermoélectriques.
J. Interprétation théorique et analyse des résultats, modélisation des
phénomènes de dissipation (percolation, forces d'accrochage et mouvement
de vortex, état critique).
K. Applications potentielles :
1. limiteurs de courants intenses ;
2. grille et lignes d'interconnexions pour circuits intégrés ;
3. écran magnétique basse fréquence ;
4. dispositifs supraconducteurs quantiques (SQUIDS);
5. cavités microondes.
